Аппаратная платформа Arduino для автоматизации наших процессов

мда, тоже мне интрига века 

Да чип и дип, интриги тут нет. Корпус тот же на али намного дороже, радиатор. По электронным компонентам дороговато, да.

Здравствуйте, господа.
Скажу честно,  за три  дня  прочёл все  56 страниц - и немного  припух.  Информации  масса,    ну просто кладезь  знаний! Спасибо  всем!
Правда  схожие с моими мысли мелькнули  только  пару-тройку раз.
Я тоже  планирую  сделать себе  аппарат и  изготовить на него  автоматику на  базе ардуины. Железки я  заказал,  баллон  в заправку аргоном отправил,  потроха  ардуиновские в пути, кега и  трубы куплены,  клампы  едут... но  сейчас  хочу просить  помочь мне понять  работу  автоматики.

Если несложно, поясните мне смысл  клапана  на  отборе? Зачем  он  закрывается,  зачем нужны закрытия, паузы до открытия, почему  температура  "вдруг" растёт и отчего  она после  закрытия  клапана падает?
По-моему,  это какая-то  нездоровая фигня!

Хочу  так же поделиться своими  мыслями по  поводу автоматизации. (если в чём не  прав,  прошу сильно не пинать )
1. Для контролируемого отбора  необходимо  обеспечить  постоянную  подачу пара  в дефлегматор. 
Тут  особых  вопросов нет. Ставим разгонный ТЭН(да, да,  друзья,  ТЭН  это  аббревиатура от сокращения Тепло Электро Нагреватель)
И поддерживающий температуру ТЭН, который будет  управляться  через  симисторы. Задача -  держать  температуру в кубе  от  70 до 100 градусов.

Теперь мы подходим  к  задаче  постоянного,  равномерного  выпаривания браги.  Насколько я  понимаю,  самый  простой  и  чёткий  способ - контролировать  перепад  давлений  атмосфера-бак.  У Ардуин  есть  барометрический  датчик BMP180, обеспечивающий  показаний 300 ~ до 1100hPa
High precision: low-power mode , the resolution is 0.06hPa (0.5 meters)
High linearity mode , the resolution is 0.03hPa (0.25 meters)
Т.е. датчик позволяет  с офигенной точностью измерять давления  до 1,1Атм
Короче,  супердатчик.   
Если  мы возьмём  два таких датчика, один  через  трубочку  соединим с баком,  а  второй оставим в атмосфере, затем  получим  переменную , равную  Дбак - Датм, то  можем задать, например  20кПа разницы,      сможем  управлять ТЭНами  поддерживая  постоянный  поток  выпариваемого  продукта в  дефлегматор.  Разве я не прав???


Тогда  не  должно быть  никаких  захлёбываний  колонны,  закрытия  клапанов отбора  и т.п..
Понятное дело, что  при начале  отбора  пар легких  фракций менее  теплоёмкий,  а  пар тяжелых фракций  в конце отбора -  более  теплоёмок.
Следовательно, нам потребуется  регулировать  поток  воды в  дефлегматоре.

Я планирую  сделать  это  с помощью  сервопривода. Прицепить на  серву  металлическую  пластину-руку,  вкрутить  в неё болт,  а саму серву  поставить  на  П-образный швелелр 30х30х30 таким образом,  чтобы  болтик был  внутри П и  мог  перекрывать/пережимать  или  шланг подачи в  холодильник,  или шланг подачи в дефлегматор.
Т.е.  в начале  будет пережат холодильник.  а после  достижения  ДАВЛЕНИЯ в кубе до  заданной  дельты и  прогрева колонны, серва  начнёт  прижимать  кран  дефлегматора пока на его выходе  не  станет  77-78С(примерно).  Как только темп  повысилась - серва  чуток приоткрыла проход для воды,  начала  понижаться-  закрыла.   

2.  Останов  программы -    по  достижению  темп  куба , например, до 98С
3. Задавая дельту  давлений,  мы  сможем регулировать  скорость  отбора. 

Я представляю  себе  автоматику  как-то так.

Прошу более  опытных  товарищей  пояснить  мне,  что я упускаю и где могут быть  подводные камни, либо я упускаю что-то  значимое.

Кроме  того,  есть  задумка  использовать ардуиновский датчик MQ-3 для  замера уровня спирта  в  выходящем продукте,  но об этом попозже,  после испытаний.
 











 
 

Если несложно, поясните мне смысл  клапана  на  отборе? Зачем  он  закрывается,  зачем нужны закрытия, паузы до открытия, почему  температура  "вдруг" растёт и отчего  она после  закрытия  клапана падает?
По-моему,  это какая-то  нездоровая фигня!karpoev, 03 Дек. 15, 20:56

по мере работы РК спиры выкипает, температура куба растет, в колонну спирта подается все меньше, значит и отбирать нужно все меньше. отбирать можно только по температуре в кубе.

более традиционный способ - по температуре на высоте 1/3  колонны. при работе на себя она замеряется а при отборе поддерживается, как только появляется отклонение это означет что отобрано слишком много, отбор прекрашается, контроллер ждет пока температура вернется к исходной. кмк, это называется "старт-стоп". более продвинуты вариант - ПИД регулирование ШИМом клапаном отбора.

давление в колонне напрямую связано с подводимой мощность. больше мощность - больше пара - больше давление, пока колонна не захлебнется т.е паром выбьет флегму вверх, рабочим считается давление сколько то процентов (70) от захлебного

задача дефлегматора сконденсировать пар. весь. регулировать подачу воды нет необходимости.при этом 3/4 спирта уходят обратно в колонну, 1/4 в отбор. можно отбирать 1/10 или 1/100 но если колонна с плохим разделением это слабо поможет.

Мой вариант автоматики на arduino/ПК: контроллер arduino leonardo от амперки опрашивает по шине 1-Wire 5 датчиков температуры DS18B20 и АЦП DS2450 c датчиком давления MPX5010DP, а также управляет клапаном отбора =24В AR-HX-3 (формирует ШИМ с периодом 8сек и заданной скважностью); скетч во вложении.

Вся логика управления вынесена на ПК (старенький ноутбук), к которому контроллер и подключен пятиметровым USB кабелем.
Программу управления (C#, VS 2010) написалонерил по интернетам за пару-тройку дней со всеми вытекающими (индусский код, настройки, не вынесенные на форму, меняются только из IDE, короче исходник выкладывать стыдно); пока она реализует коррекцию и вывод на экран значений датчиков температуры (задаются фиксированные дельты на весь диапазон), вывод на тренд значений температур/давления,  управление клапаном отбора ("включить"/"отключить"/"ШИМ с заданной скважностью"/"авто=отбор в зависимости от tкуба ('по шпоре' с лабспирта)"), простенькие алармы (при выходе за уставку играет .wav и отключается клапан отбора); в дополнение вычисляет по текущим температурам в кубе и дефе концентрации спирта в кубе и отборе (использовал скетч "электронный попугай" ув. bengoor, значение атмосферного давления берется с gismeteo либо вводится вручную).

При таком подходе в принципе можно довольно просто прикрутить в скетч логику ответной части существующего в природе OPC-сервера для arduino, и рисовать "мнемосхемы" для контроля и управления процессом в какой-нибудь SCADA-системе, прям как в настоящей АСУ ТП (для форумчан, которые хотят иметь контроль/управление с ПК, но не хотят связываться с программированием).

Здравствуйте, уважаемые господа самогонщики!
   Это мой первый пост на этом форуме.  Хотя читаю я его уже пару лет, но в ветку про автоматизацию сегодня заглянул первый раз.  Стало интересно, и я решил вставить свои пять копеек...
   Первую систему на Arduino mega я собрал год назад, и все прошлое лето активно ее пользовал.  Так что делюсь практическим опытом.
   Первый вариант моей системы был такой: 
- Измерения -  три температуры (куб, отбор, и в помещении), давление в кубе (для управления мощностью нагрева), скорость (частоту?) капель с отбора, расход охлаждающей воды. 
- Управление -  клапаном отбора, клапаном охлаждающей воды, собирался (но не  реализовал) скоростью отбора, мощностью нагрева.  Разумеется были все необходимые блокировки и сигнализации.
   Практика все поставила на место и остались только функции без которых жить крайне неудобно.  Осталось:
- Иизмерения -  две температуры (отбор и куб), давление (только для блокировки от "захлеба"), и уровень продукта в емкости  (чего в первом варианте не было).
- Управление:  отключение нагрева ( я стал использовать индукционную плиту),  включение/отключение охлаждающей воды,  сигнализация.    
В качестве звуковой сигнализации очень удобно оказалось использовать дверной радиозвонок (на батарейках).  Процесс у меня организован на даче, в отдельном сарайчике, я могу в доме находиться или на берегу рыбу ловить, а звонок в  кармане лежит (типа пейджер с радиусом действия 100 м.)
   Вот такой набор функций позволяет запустить процесс ректификации и за сутки ( а у меня цикл занимает чуть меньше), подойти к процессу всего три раза:
- когда температура приближается к закипанию  и надо уменьшить мощность,  (если торопиться некуда, можно сразу поставить уменьшенную мощность - тогда первый подход отменяется).
-когда надо открыть отбор и начать сливать головы, ( можно сразу оставить отбор открытым в положении "отбор голов", тогда второй подход тоже отменяется.) 
- когда надо поменять посуду куда собирались головы, на посуду куда должен собираться спирт и увеличить скорость отбора.  Плохо, когда нет большой бутыли для спирта, тогда приходится подходить каждый раз, когда наполняется очередная бутылка...  (Вот тут уже никуда не денешься .)
   Так что все у меня получилось достаточно просто, и для человека которому надо спирт получать, а не совершенствовать техническое образование - самое то.  Надеюсь, мой подход будет кому то близок...

   Про железо:  сам аппарат я купил у "Градусофф",  универсальный комплект с дистиллятором и ректификационной колонной.  Все отлично работает, пришлось "допилить" только точки измерения температуры и давления:
  - Рассверлить болт, который выполняет функцию термокармана рядом с отбором спирта на РК (чтобы можно было засунуть термометр DS18B20),
- сделать термокарман в кубе (длинная, почти на всю высоту куба),  трубка с заглушенным дном под такой же термометр,
- сделать ниппель для подключения трубки к датчику давления.
   На линию охлаждающей воды я поставил электромагнитный отсечной клапан, регулирующий кран и старый квартирный счетчик воды ( у меня воду вообще нигде не видно - она по шлангу приходит и по шлангу уходит в канализацию, так что контроль расхода только по этому счетчику).

   Про силу: 
   Для меня как то сразу было ясно, что система должна быть из двух блоков (в разных корпусах).  Контроллер и силовой блок.  В силовом блоке: две розетки, два реле с оптической развязкой, блок питания реле, светодиоды контроля наличия подключения к сети и наличия связи с управляющим блоком (контроллером). 

   Контроллер:  Я не стал сажать датчики температуры на одну шину.  Это вызывает определенные проблемы при эксплуатации.  Надо или прописывать номера датчиков в скетче, что вызывает проблемы при необходимости замены датчиков,  или подключать их в определенной последовательности при каждой перезагрузке контроллера...  Мне не нравится.
Я организовал три шины 1Wire привязав каждую к своему разъему ( использую RJ11), таким образом можно любой термометр втыкать - его функция будет определяться только тем в какой разъем его воткнули.
Сейчас я использую два термометра, каждый из которых может управлять двумя каналами  (розетками).  У меня это нагрев (плитка) и охлаждающая вода.
Датчик давления управляет блокировкой по давлению - отключает нагрев если колонна собирается "захлебнуться" (поднимается давление в кубе).

Работает это так:  включаешь плитку (канал 1) на полную мощность (2000 Вт) - куб греется.  Один термометр Т1 - на отборе, другой Т2 - в кубе.  Датчик давления меряет давление в кубе.
Канал 2 - это управление клапаном охлаждающей воды.

По опыту: разбавленный до 30 - 40% самогон закипает при 80-85 С в кубе.  Уставка сигнализации по  Т2  - 75 С.  При достижении этой температуры звенит звонок в кармане: надо подойти и снизить мощность нагрева до 1600 Вт (для мой колонны).  Если этого не сделать, самогон закипит, колонна постепенно начнет захлебываться и нагрев отключится блокировкой по давлению. (В кармане опять зазвенит...).
Если сделать все правильно - нагрев продолжится с меньшей скоростью.  В момент закипания резко начнет подниматься температура не отборе.  Как только она начинает подниматься, включается канал 2 - открывается охлаждающая вода (в кармане звенит).  После этого колонна начинает работать сама на себя, все постепенно стабилизируется.  Тут все по вкусу - некоторые ждут, некоторые нет.  Я - по настроению...
Дальше - открываем отбор, начинаем сливать головы: 1 капля в  секунду и так часов 8.  По моим представлениям 15 - 20% от предполагаемого объема спирта.  Можно идти на рыбалку...
Только надо не забыть в бутылку, куда льются головы, установить датчик уровня.  Тогда, в момент когда бутылка наполнится - нагрев отключится, и процесс будет потихоньку остывать, пока Вы не вернетесь с рыбалки.  Ну, а если в доме - телевизор смотрим, то в кармане зазвенело и надо идти менять тару и увеличивать отбор до 3-4 капель в секунду (это когда капли почти становятся струйкой, но все равно еще капли).
Если бутыль достаточно большая, что бы вместить весь спирт, то можно идти спать.
Температура на отборе в течении всего процесса держится очень стабильно (теоретически зависит только от давления в аппарате), на самом деле на нее влияет температура в помещении.  Поэтому желательно максимально теплоизолировать место подключения термометра.  Но все равно - влияние будет.  Поэтому идея контроля Т1 с точностью до 0,1С (старт - стоп) работает плохо.
К счастью, в тот момент когда спирт в колонне заканчивается и начинают идти хвосты температура растет очень резко ( на градусы в минуту).  Поэтому можно спокойно установить температуру отключения на 0,5 - 1,0 С выше стабильной температуры процесса.  Объем хвостов, которые успеют проскочить - совсем невелик.  Но для того, чтобы хвосты вообще не попали в продукт, надо организовать "линию задержки".  У меня это силиконовая трубка с внутренним диамером 6 мм., которая прежде чем зайти в бутыль, дважды обернута вокруг дна.  Объем жидкости который остается в трубке после остановки процесса - 50 мл.  Этого более чем достаточно, чтобы все проскочившие хвосты остались в трубке.
Итак, в тот момент, когда температура на отборе подскакивает на 0,5С, срабатывает отключение нагрева по Т1.  (Если мы правда пошли спать - звонок следует выключить...)
Температура на отборе начинает довольно быстро падать.  При достижении 80С отключается охлаждающая вода.
Все. Процесс завершен.  Вы можете проснуться когда захотите и прийти на все готовое - все выключено, куб медленно остывает.
Т2 в данном случае не участвует в управлении процессом, но весьма полезно, чтобы знать - сколько еще будет продолжаться процесс.  Как правило все заканчивается при 99С в кубе.

При создании интерфейса главное правило было:  компьютер пользователю не нужен.  Все настройки, включение/отключение управления и сигнализаций выполняются с помощью 4 кнопок и OLED экранчика.  Он маловат, конечно но функцию свою исполняет.

Процесс использования меню можно посмотреть здесь:
https://drive.google.com/...iew?usp=sharing



Структура софта  позволяет очень легко добавлять любые датчики, управлять другими каналами и вообще бесконечно двигаться в сторону усложнения.
Но у меня, почему то ,  движение пошло в другую сторону.

Температура на отборе в течении всего процесса держится очень стабильно (теоретически зависит только от давления в аппарате), на самом деле на нее влияет температура в помещении.  Поэтому желательно максимально теплоизолировать место подключения термометра.  Но все равно - влияние будет.  Поэтому идея контроля Т1 с точностью до 0,1С (старт - стоп) работает плохо.Str62, 06 Дек. 15, 15:18

А зачем мереть температуру в отборе? Поставить датчик ближе к середине/низу колонны нет возможности?

Поставить можно.  Но зачем?  Самые информативные точки: температура на отборе и температура в кубе.  Первая показывает, что в данный момент поступает в отбор, вторая - сколько спирта еще остается в кубе.  Что показывают промежуточные точки я не знаю.  Долго пытался разобраться, но вразумительного ответа не нашел.

Поставить можно.  Но зачем?  Самые информативные точки: температура на отборе и температура в кубе.  Первая показывает, что в данный момент поступает в отбор, вторая - сколько спирта еще остается в кубе.   Что показывают промежуточные точки я не знаю.  Долго пытался разобраться, но вразумительного ответа не нашел.Str62, 06 Дек. 15, 17:10

Чем ниже меряем, тем быстрее уловим, что спирт из колонны уходит и начинают подыматься хвосты.
А в узле отбора когда вы уловили бросок температуры, это уже в колонне нет спирта, хвосты поперли.
И в отбор скорее всего тоже уже попали.

Структура софта  позволяет очень легко добавлять любые датчикиStr62, 06 Дек. 15, 15:18

А то , что датчики глючат, отказыают, замирают в своих показаниях, требуя периодичкского опроса Вас не смущает???
И  то, что Ардуино создано как прототип, макетка, Вас не беспокоит????
То что глюк с зависанием так и не преодолим Вас не тревожит?

trizet86,
Точно!  Поэтому у меня есть "линия задержки" - достаточно длинная трубка (шланг) (объем примерно 50 мл.)  Хвосты попадают в отбор, безусловно.  Но они не попадают в бутылку.  Им надо пройти всю длину трубки, а на это требуется примерно 5-6 минут.  За это время процесс полностью останавливается, и хвосты так в трубке и остаются.  Это проверенно на практике.  Как говорится: "дешево и сердито"
Но зато, при небольшом отборе, Вы точно отлавливаете конец прцесса.  Дальше ловить совершенно нечего. Я пробовал в этот момент закрывать отбор и ждал до 30 минут.  Спирта там уже не появляется. Да и в кубе к этому моменту 99С.

Добавлено через 12мин.:

Miroschnik,
Проблема с датчиками была.  Это правда.  Она была до тех пор, пока я использовал классическую схему подключения 1wire - все датчики на одном шлейфе.  Причем проблемы начинаются, как только датчиков становится больше 1.  Поэтому у мея реализовано такое количество шин 1 wire сколько предполагается датчиков.  И контроллер обращается к ним поочереди. В такой схеме никаких зависаний нет. 
Ну и силовые элементы (220 в) желательно держать подальше.
Ардуинка конечно не промышленный контроллер в плане надежности, но и управляем мы не ядерным реакторм.  На практике: за лето у меня вышел из строя один термометр, да и то потому, что я случайно налил воды в термокарман куба (когда его мыл) и не заметил.  А ардуинка честно отработала, и сейчас работает.

А то , что датчики глючат, отказыают, замирают в своих показаниях, требуя периодичкского опроса Вас не смущает???
И  то, что Ардуино создано как прототип, макетка, Вас не беспокоит?
То что глюк с зависанием так и не преодолим Вас не тревожит?Miroschnik, 06 Дек. 15, 22:23

У меня например на данный момент вот так сделано ))))))
4 датчика температуры, интернет, логирование процесса на карту, датчики переполнения, отбор заданного количества голов/тела/хвостов и т.д. и т.п...
Практически полностью автоматический процесс, переброс в разные емкости автоматом только не сделан еще, клапанный узел в процессе...
Единственное отличие, а не пишу на "ардуиновском" языке. Программа написана на чистом С в аврстудии. От ардуины только сама плата с процем используется.
Ничего не глючит, не виснет и т.д. Надо правильно использовать железо, и стараться включать алгоритмы обработки нештатных ситуаций.
Зависания лечатся использованием вачдога.

Добавлено через 6мин.:

По поводу макетки полностью согласен, для этого и пользую.
А щас работаю над новым вариантом контроллера, с мощным процессором, и просто кучей плюшек и вкусняшек всяких.
Он будет сделан как-раз на нормальной плате. Буду пытаться вложить туда все хотелки пивовара/ректификаторщика/дистилляторщика и прочих.
Поэтому в железе скорее всего будет с избытком входов/выходов, чтобы можно было только софт совершенствовать.

trizet86,
Мощная вещь!  Я тоже хочу тачскрин большой. Не нашел пока. 

Проблема с датчиками была.  Это правда.  Она была до тех пор, пока я использовал классическую схему подключения 1wire - все датчики на одном шлейфе.  Причем проблемы начинаются, как только датчиков становится больше 1.  Поэтому у мея реализовано такое количество шин 1 wire сколько предполагается датчиков.  И контроллер обращается к ним поочереди. В такой схеме никаких зависаний нет.Str62, 06 Дек. 15, 22:25

Попробуйте еще сопротивление "подтяжки" уменьшить до 1к например. Если у Вас трех-проводное подключение датчиков.

Добавлено через 2мин.:

Мощная вещь!  Я тоже хочу тачскрин большой. Не нашел пока.Str62, 06 Дек. 15, 23:02

7 дюймов, ёмкостной мультитач.
А что его искать то, китайцы всегда рады помочь. ))

trizet86,
А библиотека для него есть в природе?

Думаю есть и для ардуины, но ардуине его будет очень тяжело таскать...
Я это делаю на 32 битном процессоре.

Мощная вещь!  Я тоже хочу тачскрин большой. Не нашел пока.Str62, 06 Дек. 15, 23:02

Хех, да какая же это мощная?

;)

RDP ? )))

RDP ? )))trizet86, 07 Дек. 15, 22:25

Ага. Подключение к консольной сессии естественно.

briareus,
А нельзя ли поподробнее?  Что это?  Планшет с Ардуинкой работает?

Добавлено через 26мин.:

Есть вопрос:  Кто ни будь научился управлять индукционной плитой с Ардуино?  Индукционка отличная вещь, с огромным минусом - мощность надо менять вручную.